化工生產(chǎn)過程往往是在高溫高壓下進行的，因此如果對化學(xué)反應(yīng)過程管控不當就有可能會導(dǎo)致事故和傷害，甚至引起爆炸、火災(zāi)、化學(xué)品泄漏等。如果能對化工生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控和掌控，就可以做到對生產(chǎn)過程了如指掌，將風(fēng)險降低到零。比如，我們以格氏化學(xué)反應(yīng)過程為例來說明在線檢測的作用和價值。

我們先一起來看看什么是格氏試劑？化工生產(chǎn)中有些中間物是至關(guān)重要的，而格氏試劑就是其中之一，鹵代物在無水乙醚或四氫呋喃中和金屬鎂作用生成烷基鹵化鎂RMgX，這種有機鎂化合物就被稱作為格氏試劑(Grignard Reagent)。

格氏試劑作為親核試劑可以與醛、酮、羧酸等化合物發(fā)生加成反應(yīng)，這類反應(yīng)被稱作格氏反應(yīng)(Grignard Reaction)。格氏試劑是許多有機合成中偶連、加成、取代的反應(yīng)物，在有機合成中具有較高應(yīng)用價值。其合成的反應(yīng)如下圖1所示：

圖1：格氏試劑合成反應(yīng)

在線拉曼技術(shù)或許是眾多化工生產(chǎn)企業(yè)的福音：

比如Thermo ScientificTMRaminaTM在線拉曼過程分析儀（見下圖2）就是一款用于連續(xù)化化工生產(chǎn)的過程監(jiān)測儀器，它可以提供非破壞性的、連續(xù)的過程分析，不需要樣品制備和處理。在化工生產(chǎn)中可以提供反應(yīng)物和產(chǎn)物的含量監(jiān)測、反應(yīng)過程和反應(yīng)趨勢的變化監(jiān)測、反應(yīng)起始點和終點及突變點的判斷等應(yīng)用。

圖2：Ramina在線拉曼過程分析儀

Ramina在線拉曼過程分析儀的組成如下圖3所示，它是由主機和光纖探頭組合的一款儀器，整個儀器主機的體積非常小巧便攜，所有的光學(xué)器件都固定集成在主機內(nèi)部，儀器的浸入式探頭具有耐高溫、高壓和腐蝕，可以應(yīng)對化工生產(chǎn)中各種復(fù)雜的應(yīng)用現(xiàn)場。儀器在出廠前就已經(jīng)校正好，在客戶現(xiàn)場可以直接安裝運行，無需再次校正，可確保隨時進行連續(xù)、精確分析。

格氏試劑的反應(yīng)體系比較復(fù)雜，反應(yīng)機理也是難以捉摸，其組成看似簡單，但是在其溶液體系中存在多種不同配位的有機鎂物質(zhì)，在拉曼光譜中不能憑借某一個特征峰就能準確定量。我們利用采集到的反應(yīng)體系的拉曼光譜結(jié)合Solo軟件對全光譜進行定量建模和預(yù)測，獲得了非常好的模型和預(yù)測結(jié)果。

格氏試劑反應(yīng)體系的拉曼光譜如下圖4所示，隨著體系中產(chǎn)物濃度的增加拉曼光譜也呈現(xiàn)梯度增加。利用拉曼光譜采集到的光譜與實驗室滴定法測試到的相對應(yīng)的樣品濃度進行PLS模型的建立，模型擬合效果如下圖5所示，模型的實際值和光譜預(yù)測值得線性擬合度R2可以達到0.99以上，證明該模型的效果非常好。因此可以得出結(jié)論，利用Ramina在線拉曼技術(shù)可以準確預(yù)測格氏試劑合成的產(chǎn)物含量和反應(yīng)的引發(fā)點。

圖4.格氏試劑反應(yīng)體系的拉曼光譜

基于Solo軟件建立的模型，對未知的11個樣品含量進行了預(yù)測分析，再通過滴定的方法確定相對應(yīng)的未知樣品的濃度值，其濃度的結(jié)果如下圖6所示，拉曼光譜的預(yù)測值與實際值非常接近，幾乎所有的樣品濃度的相對誤差在可接受的范圍內(nèi)。由此可見，在線拉曼光譜法非常適合格氏試劑產(chǎn)量的預(yù)測。

相比于實驗室方法，拉曼光譜有著更加突出的特點，其快速、無損、無污染和直接測試等優(yōu)點是其他實驗室方法所不能相比的。另外，在線分析技術(shù)可以直接在生產(chǎn)的反應(yīng)釜里進行一邊生產(chǎn)一邊測試，提供實時的、全過程的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，不僅降低了人工取樣和測樣的繁瑣流程，更是減少了試劑耗材的消耗成本，并且還能提供更加豐富的數(shù)據(jù)信息。

由于在線拉曼技術(shù)是對整個反應(yīng)過程進行監(jiān)測的，所以我們可以基于該技術(shù)直接判斷反應(yīng)的開始情況，而不需要通過溫度或壓力來間接推測反應(yīng)是否觸發(fā)。下圖7所示是利用Ramina在線拉曼過程分析儀對整個反應(yīng)的連續(xù)監(jiān)測圖，從該圖可以直接判斷反應(yīng)的開始點。預(yù)測圖顯示反應(yīng)起始是在11:25分左右，而在溫度和壓力表上顯示的是11:27分左右，該結(jié)果表明拉曼光譜更能準確直接反應(yīng)整個體系的反應(yīng)情況。

綜上，我們可以了解到RaminaTM在線拉曼過程分析儀是一款緊湊型的拉曼光譜儀，采用一體化系統(tǒng)、能快速部署、簡單易用、擴展性強、專為關(guān)注結(jié)果與節(jié)省時間的市場而設(shè)計。在化工生產(chǎn)中可以為用戶提供可以實時、非破壞性和直接進行分析，而無需樣品制備，測試結(jié)果快速且準確，可直接用于危險化學(xué)工藝和反應(yīng)的過程監(jiān)測，使精準的測量變得更加簡單。您也可以通過以下視頻感受Ramina在線拉曼過程分析儀的魅力！